[科普中国]-全球大气研究计划第一次全球试验

产生背景

产生的背景：世界天气监视网和全球大气研究计划

进入20世纪60年代，由于高速电子计算机的发展，数值预报方法在日常天气预报业务中有了较广泛的应用。为了进一步提高数值预报能力，延长预报时效，一个首要的条件是必需获得全球范围的观测资料另一方面由于气象卫星等先进的观测手段的出现，进行全球联合观测的可能性也己具备。在这种形势下，在气象领域中两个空前规模的国际合作计划就应运而生了。其一是世界气象组织于1962年组织的世界天气监视网计划，英文缩写为WWW，另一称为全球大气研究计划，英文缩写为GARP。它是1965年在世界气象组织和国际科协理事会共同筹划下产生的。

世界天气监视网属于日常的全球性天气监视系统，其目的在于提供日常的全球气象情报服务。它由全球观测系统、全球通讯系统和全球资料加工系统三大部分组成。它的全球通讯系统将华盛顿、墨尔本和莫斯科三个世界气象中心和各区域气象中心、国家气象中心连结成一个全球闭合通讯环路。通过这条闭合环路，全球气象观测资料可以迅速集中到世界气象中心，经过加工处理变成成品后，又再通过这条环路迅速进行分发。

全球大气研究计划则是属于一项全球性实验研究计划，也可称之为研究对流层和平流层物理过程的计划。根据联合组织委员会的决定，全球大气研究计划有两个目的：（1）为了认识对流层和平流层内支配天气变化的大尺度非定常的运动，对各种重要的签本物理过程进行研究，以掌握大气的短期变化状态, 从而提高每天的乃至数周的夭气预报的准确性；（2）了解决定大气环流统计性质的各种因子，从而更进一步认识气候的物理基础。

全球大气研究计划, 是由两个性质不同但又密切相关的部分所组成的：（1）使用数值方法, 设计大气的各种主要运动的物理模式, 并加以验证, 从而能更精确地描述各种重要的物理过程及其相互作用；（2）为获得制作和验证这些物理模式所需要的资料而进行大气的观测和试验研究。

世界天气监视网与全球大气研究计划是相辅相成的，它表现在，全球大气研究计划的观测系统主要有赖于世界天气监视网，而反过来世界天气监视网的合理的设计又有赖于全球大气研究计划的研究结果。例如在世界天气监视网内应该采用什么样的观测系统最合适原始资料精确到什么样的程度最好这两个问题均有待于通过全球大气研究计划来解决。

为了顺利地实施全球大气研究计划并获得预期的效果，全球大气研究计划在进行全球性的观测试验之前，或与之同时，要对一些气象上有特殊意义的地区进行重点的观侧试验，这些试验称为全球大气研究的副计划，如已经进行或即将进行的大西洋热带试验计划、气团变性试验研究计划、季风试验计划、极地试验计划、西非气象试验计划等。

它们只是在某些特殊的局部地区对大气环流中的某些重要方面进行研究。要想搞清楚各种大气模式之间的联系以及模式的客观性如何，还必须通过全球范围的同时观测来为大气模式提供初始场资料以及对模、式的模拟结果的真实性进行严格评定。为此, 全球大气研究计划决定进行一次规模庞大的全球性试验，称为全球大气研究计划第一次全球试验，其英文缩写为FGGE。2

试验目的第一次全球大气试验的主要目的：

（1）更充分地认识大气的运动, 从而建立更符合实际的天气预报模式；

（2）确定天气系统可预报性的极限；

（3）设计出一个最佳的综合气象观测系统, 为对大气环流的较大尺度特征进行日常的数值预报创造条件；

（4）在一年的观测期所许可的范围内, 研究几个星期到几年的气候震动的物理机制, 以建立适当的气候模式，并对其进行检验。2

实施情况实施情况分两个试验期：①预备性试验期，1977年12月 1日至1978年11月30日。在此期间气象卫星系统，气象通信系统和气象资料处理系统等陆续投入工作；对特殊观测系统和资料收集、加工的可靠性进行检验，做好正式试验期前的最后准备工作。②正式试验期，1978年12月1日至1979年11月30日。其中包括1979年 1月5日至3月5日和5月 1日至6月30日两个特别观测期，在这两个特别观测期内,1月15日至2月13日和5月10日至6月8日又称为加强观测期。2

观测手段第一次全球大气试验的观测系统是一种综合性的观测体系，以世界天气监视网为主体, 并补充一些特别的观测系统，其主要构成如下：

基本观测系统在整个第一次全球试验的实施年内全部参与观测

（1）属于世界天气监视网的地面和高空观测站网、船舶和飞机。计划将有9218个站作地面观测835个站作高空观测；9个定点海洋天气站，7370条船舶作自愿地面观测平均每天有1600份航测报告。

（2）静止气象卫星。分别由美、日、欧洲空间局发射五颗对地静止气象卫星，分布在赤道上空36000公里高度五它们的位置为75°W、135°W、0°、140°E、60°E。目前这五颗卫星已先后发射。这些卫星都能获取可见光和红外云图，根据云的移动可测得高空和低空的风，还可测量海面温度、云量、云顶温度、辐射平衡等参数。

（3）极轨卫星。在全球试验的实施年期间, 将有两个业务用极轨卫星系列美国的“ 泰罗斯一N”系列和苏联的“ 流星” 系列投入工作，它们的高度分别为830公里和1000公里。它们可以用可见光和红外光观测全球的云量、雪和冰的分布，也可通过红外光和微波的辐射测量，间接计算温度和水汽的垂直廓线、推断海洋上的降雨和陆地的土壤湿度等。

此外通过静止卫星和极轨卫星还可收集浮标、气球和自动天气站等其他观测平台的观测资料。

特别观测系统仅在两个特别观测期内开展观测。

（1）热带赤道地区的测风网，包括观测船、机载下投式探空仪，热带定高气球。其中下投式探空仪由在400一200毫巴高度上飞行的飞机携载，每隔一定时间间隔下投，其下降速度约每分钟25毫巴，在其下降过程中接收全球奥米伽导航系统的信号并将其连同观测到的气象资料一起转发给飞机。它可测量运载飞机飞行高度以下直至地面的风、温度、水汽和重力位势等的垂直廓线。定高气球在140毫巴规定高度附近的等密度面上飞行，在特别观测期中每天4次发回有关气球本身位置、飞行速度和温度的资料。预定在每一特别观测期中将有100个定高气球在高空进行观测。

（2）在南半球海洋上布放的漂移型浮标系统。

预定在两个特别观测期内将有近300个浮标分布在20一65°S 地区内，平均水平分辨率约为1000公里。它们将按照全球大气研究计划的规定测量海面温度和气压。

其他的观测系统这类观测系统不是专为第一次全球大气试验进行观测的, 但它们可以起相当大的作用。

（1）研究用气象卫星。预定在第一次全球大气试验期间有两个研究用极轨卫星在高空运行，它们是雨云一G和海洋卫星一A， 可以提供一部分气象观测资料。

（2）商用飞机。在试验期间，将有80架安装有，惯性导航装置的商用飞机可以收集飞行高度约为200毫巴上的气象资料。2

资料处理资料分为三级处理：Ⅰ级资料是需要转换为气象参数的原始资料。Ⅱ级资料是气象参数资料，按用途分a、b、c三组处理：其中Ⅱ-a组资料,供日常业务预报使用；Ⅱ-b组资料，供全球大气研究使用；Ⅱ-c组资料，供气候研究使用。Ⅲ级资料是初始场参数，其中由Ⅱ-a组资料求得的分析值，以供日常业务用，称为Ⅲ-a组资料；由Ⅱ-b组资料求得的分析值，以供全球研究用，称为Ⅲ-b组资料。2